磁性半金屬材料的第一性原理研究.pdf

1、近年來，隨著科技的飛速發(fā)展和研究方法的大幅提升，人們對擁有豐富物性和應用價值的新型功能材料的探索逐步加深。由于赫斯勒(Heusler)型合金中的磁性半金屬材料具有較高的居里溫度和自旋極化率（高達100％），使其在自旋電子學領(lǐng)域備受關(guān)注。而稀磁半導體（Diluted Magnetic Semiconductor，簡寫為DMS）中的磁性半金屬材料是實現(xiàn)半導體自旋電子學器件的關(guān)鍵。本文從第一性原理出發(fā)，利用密度泛函理論體系下的廣義梯度近似，對

2、一系列摻雜合金材料進行了理論研究，為以后新功能材料的尋找工作提供了理論依據(jù)。
　　主要研究工作和成果概述如下:
　　1、對Mn2Co1-xCrxAl(x=0，0.25,0.5，0.75,1)系列Heusler合金利用基于密度泛函理論(Density Functional Theory，簡稱DFT)的第一性原理進行了理論計算。計算結(jié)果表明，Hg2CuTi型Mn2CoAl是零能隙磁性半導體，Mn2CrAl是磁性半金屬，當Cr的摻

3、雜量較少時，Mn2Co1-xCrxAl的自旋極化率隨Cr含量的增加而減小，當Cr含量為18.75％(x=0.75)時，該化合物的自旋極化率達到99.91％，呈現(xiàn)出了近半金屬的特性。
　　2、對Mn2Ti0.75M0.25Ga(M=Ti,V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu)系列Heusler合金的電子結(jié)構(gòu)和磁學性質(zhì)進行了理論研究。計算結(jié)果顯示，在磁性金屬Mn2TiGa中進行少量摻雜后，Mn2Ti0.75Ni0.25G

4、a和Mn2Ti0.75Cu0.25Ga的自旋極化率較小，而Mn2Ti0.75M0.25Ga(M=Ti，V, Cr,Mn，F(xiàn)e，Co)的自旋極化率均達到70％以上，其中Mn2Ti0.75Fe0.25Ga和Mn2Ti0.75Co0.25Ga高達85％以上。
　　3、對Be15TMTe16(TM=Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni)系列摻雜化合物的穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)和磁特性進行了理論研究，計算結(jié)果表明，Be15TMTe16系列摻雜化合物在理想狀

5、態(tài)下可以穩(wěn)定存在并實驗合成;其中，Be15CrTe16和Be15FeTe16是半金屬材料，Be15MnTe16和Be15CoTe16是磁性半導體材料，Be15NiTe16是非磁性金屬材料。基于BeTe的稀磁半導體(Diluted Magnetic Semiconductor，簡寫為DMS)材料是制造自旋電子學器件很好的備選材料。
　　本文主要涉及理論計算，文中所用到的具體計算方法與其他報道的研究中所用的計算細節(jié)相一致，所以本文所采